CN207952640U - 一种用于连续还原金属粉末的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及3D打印材料制造和冶金技术领域，具体涉及一种用于连续还原金属粉末的装置。该装置包括真空泵组、振动输送单元、依次连接的进料腔、还原腔和出料腔以及与进料腔的上部连接的补料单元、与出料腔的下部连接的下料单元；进料腔与还原腔之间设有用于连通或隔断进料腔与还原腔的第一密封门，还原腔与出料腔之间设有用于连通或隔断还原腔与出料腔的第二密封门，补料单元、进料腔、还原腔和出料腔上均设有可启闭的进气口和排气口，振动输送单元的一端设于补料单元下方、另一端延伸至下料单元。本实用新型不仅能够在相同的还原环境下实现连续生产，大大提高生产率、保证还原后的金属粉末的品质，而且还能显著减少还原性气体的消耗量。

Description

一种用于连续还原金属粉末的装置

技术领域

本实用新型涉及3D打印材料制造和冶金技术领域，具体涉及一种用于连续还原金属粉末的装置。

背景技术

金属粉末是材料产业的重要分支，利用金属粉末制备出的工件，具有其他材料所无法获得的优异性能。因此，金属粉末在航空航天、电子信息、冶金、能源、电力、医疗等领域有着广泛的应用前景。随着3D打印技术的发展，金属粉末的应用领域也进一步扩大。

目前，国内外还原金属粉末时主要采用管式炉或箱式炉进行单炉装料还原。单炉装料还原时，无法连续生产，每一炉都需要经历升温、降温过程，不仅浪费工时、生产效率低、还原介质损耗量大，而且每一炉的还原环境都会有细微差异，进而导致批次还原后的金属粉末的均匀性、稳定性相对较差，从而品质不高。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的是现有技术中无法连续还原金属粉末、生产效率低、还原后的金属粉末品质差的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于连续还原金属粉末的装置，该装置包括真空泵组、振动输送单元、依次连接的进料腔、还原腔和出料腔以及与所述进料腔的上部连接的补料单元、与所述出料腔的下部连接的下料单元；所述进料腔与所述还原腔之间设有用于连通或隔断所述进料腔与所述还原腔的第一密封门，所述还原腔与所述出料腔之间设有用于连通或隔断所述还原腔与所述出料腔的第二密封门，所述补料单元、所述进料腔、所述还原腔和所述出料腔上均设有可启闭的进气口和排气口，所述真空泵组分别与所述补料单元、所述进料腔、所述还原腔和所述出料腔连接，所述振动输送单元的一端设于所述补料单元下方、另一端延伸至所述下料单元。

其中，所述补料单元包括第一下料斗、第一阀门以及与所述真空泵组连接的第一集粉罐，所述第一集粉罐通过所述第一阀门与所述第一下料斗的进口连通，所述第一下料斗的出口与所述进料腔的顶部连通，所述第一集粉罐上设有所述进气口、所述排气口以及可启闭的装料口。

其中，所述下料单元包括第二集粉罐、第二阀门和第二下料斗，所述第二下料斗的进口与所述出料腔的底部连通、出口通过所述第二阀门与所述第二集粉罐连通。

其中，所述第二集粉罐上设有冷却通道，所述冷却通道的进水口和出水口分别设于所述第二集粉罐的下部和上部。

其中，还包括设置在所述还原腔中的刮料组件，所述刮料组件包括连接板、刮料板和驱动器，所述连接板的第一端与所述还原腔的顶面连接、第二端与所述刮料板的第一端转动连接，所述刮料板的第二端延伸至所述振动输送单元，所述驱动器用于驱动所述刮料板的第二端以所述刮料板的第一端为转轴转动。

其中，所述真空泵组包括依次连接的机械泵、罗茨泵和扩散泵，所述机械泵分别与所述补料单元、所述进料腔、所述还原腔和所述出料腔连接。

其中，还包括与所述还原腔连接的加热器。

其中，所述振动输送单元包括输料板，所述输料板的第一端设于所述补料单元的下方、第二端延伸至所述下料单元，且所述输料板由所述输料板的第一端至所述输料板的第二端向下倾斜。

其中，所述输料板的底部连接有激振器，所述激振器用于驱动所述输料板振动。

为解决上述问题，本实用新型还提供了一种用于连续还原金属粉末的装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

S0、向第一集粉罐中装入待还原的金属粉末，并跳转执行步骤S1；

S1、依次启动机械泵、罗茨泵和扩散泵，并跳转执行步骤S2；

S2、当第一集粉罐、进料腔、还原腔和出料腔内的压力均达到第一指定压强后，关闭机械泵、罗茨泵和扩散泵，同时启动加热器，并跳转执行步骤S3；

S3、当还原腔内的温度达到指定温度后，通过第一集粉罐、进料腔、还原腔和出料腔上的进气口分别向第一集粉罐、进料腔、还原腔和出料腔通入还原性气体，并跳转执行步骤S4；

S4、当第一集粉罐、进料腔、还原腔和出料腔内的压力分别达到第二指定压强后，打开第一阀门，并跳转执行步骤S5；

S5、经过第一指定时间后，关闭第一阀门，并打开第一密封门，同时启动激振器和驱动器，并跳转执行步骤S6；

S6、经过第二指定时间后，关闭第一密封门，并跳转执行步骤S7；

S7、经过第三指定时间后，打开第二密封门和第二阀门，并跳转执行步骤S8；

S8、经过第四指定时间后，关闭第二阀门、激振器和驱动器，并跳转执行步骤S4。

(三)有益效果

本实用新型结构简单、操作便捷，通过打开第一密封门，将补料单元加入进料腔的待还原的金属粉末通过振动输送单元输送到还原腔，然后在关闭第一密封门后利用通入还原腔的还原性气体将待还原的金属粉末还原，最后打开第二密封门就可将还原腔中还原后的金属粉末通过振动输送单元输送到下料单元，从而不仅能够相同的还原环境下实现连续生产，大大提高生产率、保证还原后的金属粉末的品质，而且还能显著减少还原性气体的消耗量，节约成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中的一种用于连续还原金属粉末的装置的示意图。

附图标记：

1、进料腔；2、还原腔；3、出料腔；5、排气口；6、进气口；

7、第一密封门；8、第二密封门；11、第一集粉罐；

12、第一阀门；13、第一下料斗；20、连接板；21、刮料板；

31、第二集粉罐；32、第二阀门；33、第二下料斗；40、输料板；

41、激振器；71、机械泵；72、罗茨泵；73、扩散泵。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种用于连续还原金属粉末的装置，该装置包括真空泵组、振动输送单元、依次连接的进料腔1、还原腔2和出料腔3以及与进料腔1的上部连接的补料单元、与出料腔3的下部连接的下料单元；进料腔1与还原腔2之间设有用于连通或隔断进料腔1与还原腔2的第一密封门7，还原腔2与出料腔3之间设有用于连通或隔断还原腔2与出料腔3的第二密封门8，补料单元、进料腔1、还原腔2和出料腔3上均设有可启闭的进气口6和排气口5，真空泵组分别与补料单元、进料腔1、还原腔2和出料腔3连接，振动输送单元的一端设于补料单元下方、另一端延伸至下料单元。

使用时：第一步、在补料单元中装入足量的待还原的金属粉末；然后，启动真空泵组，直至补料单元、进料腔1、还原腔2和出料腔3 中的压力值达到第一指定压强；第二步、打开补料单元、进料腔1、还原腔2和出料腔3上的进气口6，使所有进气口6均与气源连通，以分别向补料单元、进料腔1、还原腔2和出料腔3中通入还原性气体，；第三步、当补料单元、进料腔1、还原腔2和出料腔3中通入指定量的还原性气体后即补料单元、进料腔1、还原腔2和出料腔3内的压力达到第二指定压强后，通过补料单元向加入进料腔1待还原的金属粉末，由于振动输送单元的一端设于补料单元下方、另一端延伸至下料单元，因此从补料单元加入进料腔1的待还原的金属粉末会落到振动输送单元上；第四步、打开第一密封门7即连通进料腔1和还原腔2，进而进料腔1内的待还原的金属粉末便会通过振动输送单元进入还原腔2；第五步，关闭第一密封门7，也就是说，此时还原腔2为一个密闭空间，即还原腔2与进料腔1和出料腔3均不连通，从而充斥在还原腔2内还原性气体就会不断还原位于还原腔2内的待还原的金属粉末；第六步，经过指定时间后，即待还原的金属粉末被充分还原后，打开第二密封门8，还原后的金属粉末便会通过振动输送单元进入出料腔3，并最终在自身重力下落入下料单元。由于还原腔2中还存留大量还原性气体，因此当还需还原金属粉末时，只需重复第三步至第六步即可。可见本实用新型不仅可在相同的还原环境下实现连续生产，大大提高生产率、保证还原后的金属粉末的品质，而且还能显著减少还原性气体的消耗量，节约成本。

优选地，每个排气口5处均设有尾气处理单元。例如，当还原性气体为氢气时，尾气处理单元为点火器、以点燃从排气口5排放的氢气。

优选地，补料单元包括第一下料斗13、第一阀门12以及与真空泵组连接的第一集粉罐11，第一集粉罐11通过第一阀门12与第一下料斗13的进口连通，第一下料斗13的出口与进料腔1的顶部连通，第一集粉罐11上设有进气口6、排气口5以及可启闭的装料口。由此，通过装料口就可将待还原的金属粉末装入第一集粉罐11，当还需还原金属粉末时，只需打开第一阀门12，第一集粉罐11中的金属粉末就可在重力作用下依次通过第一阀门12和第一下料斗13进入进料腔1，并落到振动输送单元上。

进一步地，第一下料斗13为第一锥形漏斗，第一锥形漏斗的大端与第一阀门12连接、小端插入进料腔1中，以便于控制加入进料腔1 的待还原的金属粉末的量。

优选地，下料单元包括第二集粉罐31、第二阀门32和第二下料斗 33，第二下料斗33的进口与出料腔3的底部连通、出口通过第二阀门 32与第二集粉罐31连通。由于振动输送单元的一端设于补料单元下方、另一端延伸至下料单元，因此第二阀门32打开后，当还原腔2中还原后的金属粉末移动至振动输送单元临近下料单元的一端时，金属粉末就会在重力作用下直接落入第二下料斗33的进口，并最终通过第二阀门32落进第二集粉罐31。

更优选地，第二下料斗33为第二锥形漏斗，第二锥形漏斗的大端与出料腔3的底部连通、小端与第二阀门32连接。其中，第一阀门12 和/或第二阀门32为球阀，该球阀包括阀体以及与阀体连接的阀门开关。

优选地，第二集粉罐31上设有冷却通道，冷却通道的进水口和出水口分别设于第二集粉罐31的下部和上部。需要说明的是，除了通过在第二集粉罐31上设置冷却通道来冷却第二集粉罐31中还原后的金属粉末以外，还可在第二集粉罐31的外壁上缠绕冷却水管。

另外，为了进一步增大还原腔2中待还原的金属粉末与还原性气体的接触面积，该装置还包括设置在还原腔2中的刮料组件，刮料组件包括连接板20、刮料板21和驱动器，连接板20的第一端与还原腔 2的顶面连接、第二端与刮料板21的第一端转动连接，刮料板21的第二端延伸至振动输送单元，驱动器用于驱动刮料板21的第二端以刮料板21的第一端为转轴转动。更优选地，连接板20的第二端通过铰链与刮料板21的第一端连接。由此，当进料腔1中的待还原的金属粉末全部进入还原腔2时即关闭第一密封门7时，启动驱动器，刮料板21 的第二端就会以刮料板21的第一端为转轴转动。由于刮料板21的第二端延伸至振动输送单元，因此当刮料板21转动时，振动输送单元上堆积较高的待还原的金属粉末就会被刮料板21推平，从而通过刮料板 21的多次往复转动就可使待还原的金属粉末均匀铺设在振动输送单元上。

优选地，真空泵组包括依次连接的机械泵71、罗茨泵72和扩散泵 73，机械泵71分别与补料单元、进料腔1、还原腔2和出料腔3连接。

另外，该装置还包括与还原腔2连接的加热器、以通过提高还原腔2内的温度来加速待还原的金属粉末与还原性气体之间的反应。

优选地，振动输送单元包括输料板40，输料板40的第一端设于补料单元的下方、第二端延伸至下料单元，且输料板40由输料板40的第一端至输料板40的第二端向下倾斜。其中，输料板40的倾斜角度为5～10°。由此，金属粉末就可在自身重力的作用下沿输料板40的长度方向从进料腔1依次滑入还原腔2、出料腔3和下料单元。

进一步地，输料板40的底部连接有激振器41，激振器41用于驱动输料板40振动。这样设置的好处在于：一方面、可通过激振器41 驱动输料板40振动来加速金属粉末在输料板40上的移动速度；另一方面、当输料板40振动时，输料板40上的待还原的金属粉末也会随之跳动，进而就可使还原性气体充满待还原的金属粉末之间的空隙，从而不仅可保证待还原的金属粉末被充分还原，而且还可显著提高反应速度，进而提高生产效率。

实施例2

本实用新型还提供了一种用于连续还原金属粉末的装置的使用方法，该使用方法包括以下步骤：

S0、向第一集粉罐11中装入待还原的金属粉末，即通过装料口将待还原的金属粉末装入第一集粉罐11，并跳转执行步骤S1；

S1、依次启动机械泵71、罗茨泵72和扩散泵73，并跳转执行步骤S2；

S2、当第一集粉罐11、进料腔1、还原腔2和出料腔3内的压力均达到第一指定压强后，关闭机械泵71、罗茨泵72和扩散泵73，同时启动加热器，并跳转执行步骤S3；其中，第一指定压强的量级为 10^-3Pa。

S3、当还原腔2内的温度达到指定温度后，通过第一集粉罐11、进料腔1、还原腔2和出料腔3上的进气口6分别向进料腔1、还原腔 2和出料腔3通入还原性气体，并跳转执行步骤S4；具体地，打开第一集粉罐11、进料腔1、还原腔2和出料腔3上的进气口6，使所有进气口6均与气源连通，以分别向进料腔1、还原腔2和出料腔3中通入相同的还原性气体。

S4、当第一集粉罐11、进料腔1、还原腔2和出料腔3内的压力分别达到第二指定压强后，打开第一阀门12，第一集粉罐11中的待还原的金属粉末便在自身重力作用下通过第一下料斗13进入进料腔1，并最终落到输料板40上，然后跳转执行步骤S5；

S5、经过第一指定时间后即进料腔1内装入指定量的待还原的金属粉末后，关闭第一阀门12，并打开第一密封门7，同时启动激振器41和驱动器，并跳转执行步骤S6；具体地，当进料腔1和还原腔2连通、且激振器41和驱动器启动时，输料板40上待还原的金属粉末就会在自身重力和激振器41的振动下快速从进料腔1滑动到还原腔2中，与此同时，刮料板21在驱动器的驱动下会快速将进入还原腔2的待还原的金属粉末平铺在输料板40上。

S6、经过第二指定时间后即进料腔1内的待还原的金属粉末全部进入还原腔2后，关闭第一密封门7，并跳转执行步骤S7；

S7、经过第三指定时间后即待还原的金属粉末被充分还原后，关闭第一密封门7，打开第二密封门8和第二阀门32，还原后的金属粉末便会沿着输料板40到达出料腔3，并最终通过第二下料斗33和第二阀门32落入第二集粉罐31，并跳转执行步骤S8；

S8、经过第四指定时间后即还原后的金属粉末全部落入第二集粉罐31后，关闭第二阀门32、激振器41和驱动器，并跳转执行步骤S4。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，包括真空泵组、振动输送单元、依次连接的进料腔、还原腔和出料腔以及与所述进料腔的上部连接的补料单元、与所述出料腔的下部连接的下料单元；所述进料腔与所述还原腔之间设有用于连通或隔断所述进料腔与所述还原腔的第一密封门，所述还原腔与所述出料腔之间设有用于连通或隔断所述还原腔与所述出料腔的第二密封门，所述补料单元、所述进料腔、所述还原腔和所述出料腔上均设有可启闭的进气口和排气口，所述真空泵组分别与所述补料单元、所述进料腔、所述还原腔和所述出料腔连接，所述振动输送单元的一端设于所述补料单元下方、另一端延伸至所述下料单元。

2.根据权利要求1所述的用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，所述补料单元包括第一下料斗、第一阀门以及与所述真空泵组连接的第一集粉罐，所述第一集粉罐通过所述第一阀门与所述第一下料斗的进口连通，所述第一下料斗的出口与所述进料腔的顶部连通，所述第一集粉罐上设有所述进气口、所述排气口以及可启闭的装料口。

3.根据权利要求1所述的用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，所述下料单元包括第二集粉罐、第二阀门和第二下料斗，所述第二下料斗的进口与所述出料腔的底部连通、出口通过所述第二阀门与所述第二集粉罐连通。

4.根据权利要求3所述的用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，所述第二集粉罐上设有冷却通道，所述冷却通道的进水口和出水口分别设于所述第二集粉罐的下部和上部。

5.根据权利要求1所述的用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，还包括设置在所述还原腔中的刮料组件，所述刮料组件包括连接板、刮料板和驱动器，所述连接板的第一端与所述还原腔的顶面连接、第二端与所述刮料板的第一端转动连接，所述刮料板的第二端延伸至所述振动输送单元，所述驱动器用于驱动所述刮料板的第二端以所述刮料板的第一端为转轴转动。

6.根据权利要求1所述的用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，所述真空泵组包括依次连接的机械泵、罗茨泵和扩散泵，所述机械泵分别与所述补料单元、所述进料腔、所述还原腔和所述出料腔连接。

7.根据权利要求1所述的用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，还包括与所述还原腔连接的加热器。

8.根据权利要求1至7任一项所述的用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，所述振动输送单元包括输料板，所述输料板的第一端设于所述补料单元的下方、第二端延伸至所述下料单元，且所述输料板由所述输料板的第一端至所述输料板的第二端向下倾斜。

9.根据权利要求8所述的用于连续还原金属粉末的装置，其特征在于，所述输料板的底部连接有激振器，所述激振器用于驱动所述输料板振动。